Thu Trang đã tốt nghiệp loại giỏi khoa trung cấp thanh nhạc tại trường Đại Học Văn Hóa Nghệ Thuật Quân Đội năm 2004.
Là người con của vùng đất du lịch Hạ Long - Quảng Ninh, Thu Trang đã may mắn được trang bị đầy đủ làn điệu mang âm hưởng dân ca, trữ tình từ khi cô lên 9 tuổi. Với bằng tốt nghiệp Trung Cấp Thanh Nhạc Trường Đại Học VHNT Quân Đội Hà Nội, cô đã chính thức theo đuổi sự nghiệp ca hát chuyên nghiệp.

Trong cuộc thi 'Ngôi sao Tiếng hát truyền hình' năm 2006, Thu Trang là một cái tên đã để lại khá nhiều ấn tượng trong lòng khán giả. Sở hữu giọng hát ngọt ngào và khả năng xử lý bài hát tinh tế, nhiều người không quá bất ngờ khi nghe tin cô đoạt giải 'Thí sinh hát bài hát mang âm hưởng dân ca hay nhất' trong cuộc thi này.

Thu Trang và Triệu Lộc là cặp đôi đoạt giải Á Quân của chương trình Tuyệt Đỉnh Song Ca 2016.